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0簡(jiǎn)介。
隨著稱重顯示器的普及，人們對(duì)其主要技術(shù)性能和基本控制功能有了更深入的了解，對(duì)其質(zhì)量要求也在不斷提高，因此對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)是非常必要的。根據(jù)國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程JJG649-1990數(shù)字稱重顯示器和GB/T7724-2008電子衡器，對(duì)各種稱重顯示器進(jìn)行型式評(píng)定試驗(yàn)和計(jì)量性能試驗(yàn)，標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)儀器的合理性、檢驗(yàn)方法的正確性和檢驗(yàn)規(guī)則的邏輯性將直接影響顯示器的技術(shù)指標(biāo)。本文將選擇信號(hào)模擬器作為測(cè)試稱重顯示的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)裝置的方法與傳統(tǒng)的檢測(cè)方法進(jìn)行了比較，并進(jìn)行了以下討論。
1稱重顯示器概述。
稱重顯示器、稱重傳感器和稱重平臺(tái)是電子衡器的三大組成部分。稱重顯示器的主要功能是通過稱重傳感器測(cè)量平臺(tái)上稱重重量的質(zhì)量，并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)行顯示。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，稱重顯示器發(fā)展迅速，現(xiàn)在大多是數(shù)字稱重顯示器。它不僅可以快速準(zhǔn)確地將被稱重物體的質(zhì)量值轉(zhuǎn)換成簡(jiǎn)單易讀的數(shù)字形式，還可以完成調(diào)零、跟蹤零點(diǎn)、去皮、自檢、校準(zhǔn)等多種控制功能。
2.稱重顯示的基本特征。
稱重顯示器配有激勵(lì)電源，大部分是DC穩(wěn)壓電源，一般在(5~20)V左右，不用標(biāo)準(zhǔn)電壓校準(zhǔn)；內(nèi)部分辨率遠(yuǎn)高于顯式分辨率值，最低不少于4倍；勵(lì)磁電源的輸出電流約為200毫安，可以滿足6-8個(gè)傳感器同時(shí)并聯(lián)使用的要求。采用四線連接方式，降低了傳輸損耗，保證了傳感器供電橋電壓的穩(wěn)定性。以千克和噸等質(zhì)量單位表示的比例；分度值以1、2、5的形式顯示；四個(gè)準(zhǔn)確度等級(jí)對(duì)應(yīng)于非自動(dòng)稱重儀器的準(zhǔn)確度等級(jí)；誤差不超過相應(yīng)衡器公差的一半。
3.顯示器的結(jié)構(gòu)原理。
數(shù)字顯示稱重顯示器有很多種(以下簡(jiǎn)稱顯示器)。目前，電阻稱重傳感器被用作服務(wù)對(duì)象，并為其提供橋接電路。取傳感器的輸出電壓信號(hào)(最常見的是幾毫伏到幾十毫伏的模擬電壓)，經(jīng)過放大濾波、A/D轉(zhuǎn)換、運(yùn)算處理等環(huán)節(jié)，最終顯示結(jié)果。這種模式是目前顯示器的主要類型(如圖1所示是顯示器的原理框圖)。在額定負(fù)載下，傳感器的輸出電壓信號(hào)與電源電橋的電壓值嚴(yán)格成正比，稱為輸出靈敏度，一般用mv/v表示，顯示器采用電壓比例測(cè)量，即在顯示器中，以部分電橋電壓作為A/D轉(zhuǎn)換器的參考標(biāo)準(zhǔn)，將放大后的傳感器電壓信號(hào)輸入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行比較。如果橋電壓增加，放大的電壓信號(hào)也增加；相反，兩者都變小，當(dāng)測(cè)壓元件施加的壓力不變時(shí)，互比保持不變。電壓比法可以消除和克服激勵(lì)電源提供的電壓不穩(wěn)定帶來的不良后果，同時(shí)由于不需要做穩(wěn)壓檢測(cè)，降低了顯示器的制造成本。
4.稱重顯示器的測(cè)試方法。
衡器制造計(jì)量器具許可證審查必備條件中提到6.5位以上(精度優(yōu)于1uV)的數(shù)字電壓表和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源(精度優(yōu)于0.01%)是必備的檢測(cè)設(shè)備，因此很多技術(shù)人員誤認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)電壓源法(標(biāo)準(zhǔn)源+數(shù)字電壓表，電位器法原理框圖如圖2)和電位器法(電位器+數(shù)字電壓表，電位計(jì)法的原理框圖如圖3所示)應(yīng)該用于顯示實(shí)際上，這兩種檢測(cè)方法的測(cè)量特點(diǎn)和原理都有缺陷:稱重顯示具有很高的分辨率，1d代表的電壓在uV量級(jí)，激勵(lì)電壓的短期穩(wěn)定性遠(yuǎn)高于這個(gè)量級(jí)，稱重顯示和數(shù)字電壓表的讀數(shù)不能完全同步，而且讀數(shù)過程的變化遠(yuǎn)高于uV量級(jí)，這導(dǎo)致測(cè)得的比值不真實(shí)，測(cè)得的顯示誤差也不真實(shí)。
與以往的標(biāo)準(zhǔn)電壓源、電位器、傳感器等檢測(cè)方法相比，使用信號(hào)模擬器作為檢測(cè)顯示的標(biāo)準(zhǔn)裝置具有以下特點(diǎn):
4.1自帶輸入電路。
與標(biāo)準(zhǔn)電壓源法和電位計(jì)法不同，信號(hào)模擬器本身有輸入電路，因此不需要數(shù)字電壓表作為監(jiān)測(cè)儀器，避免了數(shù)字電壓表傳輸環(huán)節(jié)帶來的誤差，雖然標(biāo)準(zhǔn)傳感器法不需要額外的監(jiān)測(cè)儀器，但精度較低。為達(dá)到高精度，應(yīng)考慮側(cè)向力的附加影響。
4.2性價(jià)比高。
標(biāo)準(zhǔn)電壓源最初是為了滿足數(shù)字電壓表的測(cè)試或校準(zhǔn)而開發(fā)的。它們的輸出電壓范圍很廣，高達(dá)1000V，低至0.01uV，而且設(shè)備昂貴，一臺(tái)近萬元；然而，顯示器所需的輸入電壓信號(hào)在幾十毫伏的范圍內(nèi)。如果使用穩(wěn)壓電源提供輸入電壓信號(hào)，其資源沒有得到充分利用，相對(duì)精度不高。電位器雖然比通常幾千元的標(biāo)準(zhǔn)電壓源便宜，但主要用于校準(zhǔn)或檢測(cè)DC電壓，還需要加上標(biāo)準(zhǔn)電池、檢流計(jì)等輔助電源。為了保證電壓供應(yīng)的穩(wěn)定性，需要選擇大容量的輔助電源(其額定電流應(yīng)達(dá)到工作電流的幾千倍)。使用信號(hào)模擬器要經(jīng)濟(jì)得多。電子技術(shù)飛速發(fā)展，一臺(tái)現(xiàn)在1000元左右，不需要其他輔助設(shè)備。
4.3工作參數(shù)與顯示的匹配。
顯示器為傳感器提供的電阻橋可以看作是一個(gè)無源四端網(wǎng)絡(luò)，內(nèi)部有激勵(lì)電源，有輸入回路、輸出回路和相應(yīng)的電阻。在信號(hào)模擬器中，用專門設(shè)計(jì)的電阻網(wǎng)絡(luò)代替?zhèn)鞲衅麟娮钁?yīng)變電橋電路。兩個(gè)電路的輸入電阻、輸出電阻、回路狀態(tài)等效一致，使檢測(cè)和使用保持一致，從而保證檢測(cè)精度。這在標(biāo)準(zhǔn)電壓源和電位計(jì)中是不可用的。標(biāo)準(zhǔn)傳感器法最大的優(yōu)點(diǎn)是與顯示器的實(shí)際使用情況一致，是通過力傳感器的力電轉(zhuǎn)換的精確關(guān)系得到的，但是成本高，而且配備一個(gè)也要花費(fèi)近萬元。
4.4低噪音，高穩(wěn)定性。
信號(hào)模擬器的電阻網(wǎng)絡(luò)是特制的，具有對(duì)稱性好、抗干擾能力強(qiáng)、紋波噪聲低的優(yōu)點(diǎn)。相比之下，標(biāo)準(zhǔn)電壓源法、電位計(jì)法和標(biāo)準(zhǔn)傳感器法都需要在恒溫室內(nèi)進(jìn)行，檢測(cè)程序復(fù)雜，易受外界干擾。
4.5操作簡(jiǎn)單，使用方便，無需恒溫。
標(biāo)準(zhǔn)傳感器通過力和電的轉(zhuǎn)換一一對(duì)應(yīng)來檢測(cè)顯示。雖然它的輸出端可以直接與顯示器連接，不需要額外的監(jiān)控儀器，但為了控制準(zhǔn)確的力值，需要手動(dòng)加載和卸載，而且像標(biāo)準(zhǔn)電壓源法和電位器法一樣，需要在恒溫室內(nèi)進(jìn)行，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，工作效率低。但信號(hào)模擬器體積小，便于攜帶，標(biāo)記清晰。開機(jī)后，只需輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕即可進(jìn)行操作測(cè)試，即可完成檢測(cè)工作，操作簡(jiǎn)單，工作效率高。
4.6整機(jī)采用電壓比法測(cè)試。
如上所述，顯示器采用電壓比例測(cè)量。因此，在檢測(cè)時(shí)，相同電阻網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的信號(hào)模擬器可以實(shí)現(xiàn)電壓比例測(cè)量，其負(fù)載阻抗穩(wěn)定，滿足顯示器的要求，不需要穩(wěn)定和校準(zhǔn)顯示器內(nèi)部的激勵(lì)電壓。這是通過信號(hào)模擬器方法檢測(cè)顯示器的最重要的特征。但是在標(biāo)準(zhǔn)電壓源法和電位器法中，輸入電壓信號(hào)與顯示器的內(nèi)部參考電壓無關(guān)，所以單獨(dú)人工測(cè)量顯示器的輸入電壓和輸出電壓，然后綜合評(píng)估是非常不精確的。
5結(jié)束語(yǔ)。
隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字稱重顯示器的應(yīng)用將會(huì)更加普及，技術(shù)指標(biāo)也會(huì)越來越高。利用信號(hào)模擬器檢測(cè)顯示器簡(jiǎn)單、方便、精度高、穩(wěn)定性好，是一種科學(xué)合理的檢測(cè)方法，值得推薦。

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